能夠感受光刺激的感光細胞是（具有感光作用的細胞器）

加州大學圣地亞哥分校的工程師開發了一種微型儀器，可以靈敏地感知周圍游動的細菌產生的力，并聽到心肌細胞的跳動。

該設備是一種納米尺寸的光纖，比人類頭發絲細100倍。將其放置在含有活幽門螺桿菌的液體中，它可以檢測小至160飛秒牛頓的力，大約比腸道中這種游動細菌的牛頓單位小十億倍。在小鼠心肌細胞跳動的情況下，納米纖維可以檢測到低至-30分貝的聲音水平，比人耳聽力極限低一千倍。

加州大學圣地亞哥分校雅各布斯醫學院納米工程專業的唐納德·瑟布利說：“這項工作可能開辟一種新的方法來追蹤微小的相互作用及其變化，這在以前是不可能的。”教授，并領導了這項研究。

他設想的一些應用包括檢測單個細菌的存在和活性；監控債券的形成和破壞；感知細胞機械行為的變化，這可能表明細胞是否正在癌變或受到病毒攻擊；或使用迷你聽診器進行體內測試。細胞的聲學監測。

該研究工作近期發表在期刊《自然光子》上。

Sirbuly和他的同事開發的纖維的靈敏度至少是原子力顯微鏡(AFM)的十倍，原子力顯微鏡是一種可以測量分子形成時相互作用的非常小的力的儀器。而且原子力顯微鏡是一種特別笨重的設備，纖維直徑只有幾百納米。“這是一個微型原子力顯微鏡，具有光鑷的靈敏度，”瑟布利說。

該裝置由一層極薄的氧化錫纖維制成，上面涂有一層薄薄的聚乙二醇聚合物，并嵌入金納米顆粒。為了使用該設備，研究人員將納米纖維浸入細胞溶液中，將光傳遞到纖維，并分析發射的光信號。這些信號根據其強度，表明光纖周圍的細胞接收到了多少力或聲音。

“我們不僅能夠收集這些微小的力和聲音，還可以使用該設備對它們進行量化。這是一種用于高分辨率納米機械探測的新工具，”瑟布利說。

該設備的工作原理是，當光沿著光纖傳播時，它與金納米顆粒發生強烈相互作用，然后金納米顆粒將光散射成可以用傳統顯微鏡觀察到的信號。這些光信號以特定的強度顯示。然而，當纖維放入含有活細胞的溶液中時，這種強度會發生變化。

來自細胞的力和聲波撞擊金納米粒子，將它們推入聚合物層并將其從纖維表面分離。使納米粒子更靠近光纖可以使它們與光纖的光相互作用更強烈，從而增加光信號的強度。研究人員對這些設備進行了校準，以便它們能夠將不同水平的力或聲音與信號強度相匹配。

實現這一目標的關鍵是纖維的聚合物層。它的作用就像一個彈簧床墊，足夠敏感，可以通過細胞產生的弱力和聲波壓縮到不同的厚度。西爾布利說，聚合物層是可以調整的。如果研究人員想要測量更大的力，他們可以使用更硬的聚合物涂層；為了提高靈敏度，他們可以使用柔軟的聚合物水凝膠。

這項技術正在不斷進步，研究人員計劃使用納米纖維來測量單細胞的生物活性和機械行為。未來的工作還包括改善光纖的“聽覺”功能，制造超靈敏的生物聽診器，并調整其聲學響應以開發新的成像技術。